风力涡轮机叶片和风力涡轮机制造技术

本发明专利技术涉及风力涡轮机叶片和风力涡轮机。具体公开了一种风力涡轮机（1）的风力涡轮机叶片（10），该风力涡轮机叶片（10）包括外壳（20）和具有至少一个翼梁帽（40）的翼梁（30）。所述至少一个翼梁帽（40）中的至少一个包括至少两个纵向支撑结构元件（41），借以所述至少两个纵向支撑结构元件（41）中的至少两个沿风力涡轮机叶片（10）的纵向方向（L

【技术实现步骤摘要】
风力涡轮机叶片和风力涡轮机
本专利技术涉及一种风力涡轮机的风力涡轮机叶片，所述风力涡轮机叶片包括外壳和具有至少一个翼梁帽（sparcap）的翼梁（spar）。此外，本专利技术涉及一种包括至少两个风力涡轮机叶片的风力涡轮机。
技术介绍
风力涡轮机叶片必须能够有效地将风转换成风力涡轮机叶片的自旋运动，使得风能可以转换成附接有风力涡轮机叶片的转子的旋转机械运动。优选的是，在风力涡轮机叶片中使用具有高的比模量（材料的每质量密度的弹性模量）的材料，该比模量也称为刚度重量比（stiffnesstoweightratio）。这在风力涡轮机叶片的翼梁帽中特别重要，因为翼梁帽经受在风力涡轮机的操作中出现的高弯曲负载（也称为翼向负载）。EP2922690A1涉及一种风力涡轮机叶片，其具有由玻璃纤维增强塑料制成的外壳和由碳纤维增强塑料制成的翼梁帽。碳纤维增强塑料的刚度和比模量显著高于玻璃纤维增强塑料。因此，对于用于翼梁帽而言，碳纤维增强塑料较玻璃纤维增强塑料是优选的，因为碳纤维增强塑料在相同重量下提供更大的抵抗力来对抗弯曲负载。然而，将碳纤维增强塑料引入风力涡轮机叶片的翼梁帽中而没有褶皱（wrinkle）是具有挑战性的。褶皱是在纺织复合材料增强成型过程期间出现的最常见的缺陷之一。因此，所提出的风力涡轮机叶片容易发生故障。US2010/0104447A1涉及一种包括压力侧翼梁帽和吸力侧翼梁帽的风力涡轮机叶片，其中，吸力侧翼梁帽由包括纤维增强基体的材料制造，该纤维增强基体包括嵌入共同基体材料中的至少一个玻璃纤维层和至少一个碳纤维层。通过在翼梁帽中使用复合碳玻璃（hybridcarbon-glass）材料，可以降低由于起皱导致故障的结构风险，同时增加比模量。由此，可以实现的刚度和重量在纯碳的刚度和重量与纯玻璃的刚度和重量之间。然而，将碳纤维用于复合材料混合物中的潜能并未得到最大程度的发挥。因此，仍然需要具有高的比模量和低的结构故障风险的风力涡轮机叶片和风力涡轮机。
技术实现思路
该问题通过权利要求的主题解决。因此，该目的通过具有根据独立权利要求1的特征的风力涡轮机叶片以及通过具有根据独立权利要求11的特征的风力涡轮机来解决。本专利技术的另外的细节从其他权利要求以及说明书和附图中展现。关于风力涡轮机叶片讨论的特征和细节也与关于风力涡轮机讨论的特征和细节相关，反之亦然。根据本专利技术的第一方面，该问题通过一种风力涡轮机的风力涡轮机叶片来解决，该风力涡轮机叶片包括外壳和具有至少一个翼梁帽的翼梁，借以所述至少一个翼梁帽中的至少一个包括至少两个纵向支撑结构元件，借以所述至少两个纵向支撑结构元件中的至少两个沿风力涡轮机叶片的纵向方向布置成彼此相邻，并且至少一个纵向支撑结构元件包括碳纤维增强塑料，且至少一个另外的纵向支撑结构包括与碳纤维增强塑料不同的至少一种纤维增强塑料。由此，可以在风力涡轮机叶片的特别容易发生故障且对褶皱的容许度极低的部分处利用与碳纤维增强塑料不同的纤维增强塑料（诸如，玻璃纤维增强塑料）来设计风力涡轮机叶片的翼梁帽。可以利用碳纤维增强塑料来设计风力涡轮机叶片的翼梁帽的不太容易发生故障且对褶皱的容许度相对较高的其他部分，并且由此利用碳的高比模量以便提供整体上高刚度且轻重量的风力涡轮机叶片。特别地，翼梁帽的纵向支撑结构元件是翼梁帽的这样的结构元件，即它们向翼梁帽提供承受翼向负载而不对风力涡轮机叶片造成损坏的能力。更特别地，翼梁帽由纵向支撑结构元件制成。优选地，翼梁具有两个或四个或更多个翼梁帽，并且每个翼梁帽包括至少两个纵向支撑结构元件。特别地，至少一个翼梁帽中的两个面向彼此。面向彼此的两个翼梁帽可由至少一个翼梁腹板连接，所述翼梁腹板经受在风力涡轮机的操作期间出现的剪切负载。翼梁腹板可连接到翼梁帽的中间部分，由此提供工字梁式的翼梁。面向彼此的两个翼梁帽还可由连接到这些翼梁帽的侧部分的两个翼梁腹板连接，由此提供用于增加扭转支撑的盒式翼梁。特别地，纵向支撑结构元件沿风力涡轮机叶片的纵向方向具有其最长的延伸部。纵向支撑结构元件沿风力涡轮机叶片的纵向方向布置成彼此相邻特别地意指纵向支撑结构元件彼此触碰。优选地，相邻的纵向支撑结构元件彼此连接，并且更优选地，它们的纵向支撑结构元件或其部分彼此重叠。例如，与碳纤维增强塑料不同的纤维增强塑料可以是玻璃纤维增强塑料、玄武岩纤维增强塑料、凯夫拉尔（Kevlar®）纤维增强塑料或这些的复合组合物。包括与碳纤维增强塑料不同的纤维增强塑料的纵向支撑结构可包括碳纤维增强塑料，其例如作为复合纤维增强塑料的一部分。然而，包括与碳纤维增强塑料不同的纤维增强塑料的纵向支撑结构可仅包括与碳纤维增强塑料不同的纤维增强塑料，或包括最多高达50％、优选地高达30％且更优选地高达20％的碳纤维增强塑料。在本专利技术的优选实施例中，包括碳纤维增强塑料的至少一个纵向支撑结构中的至少一个主要包括碳纤维增强塑料作为纤维增强塑料，并且包括与碳纤维增强塑料不同的至少一种纤维增强塑料的至少一个另外的纵向支撑结构中的至少一个主要包括与碳纤维增强塑料不同的纤维增强塑料作为纤维增强塑料。在本专利技术的另外的优选实施例中，至少两个相邻的纵向支撑结构元件借助于结构接头彼此连接。结构接头在相邻的纵向支撑结构元件之间提供牢固的连接。特别优选的是，纵向支撑结构被合并到相邻的纵向支撑结构中以形成结构接头。特别地，来自纵向支撑结构元件中的一个的纤维增强塑料布置在形成于相邻的纵向支撑结构中的空间中，反之亦然，使得相邻的纵向支撑结构元件彼此合并。由此，结构接头由纵向支撑结构元件本身形成，并且即使使用不同的材料，也可以获得非常牢固的连接。进一步地，特别优选的是，结构接头是树脂模制的。这在相邻的纵向支撑结构元件之间提供了甚至更牢固的连接，因为纵向支撑结构元件在结构接头处被树脂模制在一起。在本专利技术的另一个优选实施例中，至少两个相邻的纵向支撑结构元件相对于彼此以0.5°≤α≤10°、特别地1°≤α≤7°的布置角度布置。布置角度是相邻的纵向支撑结构元件的中心纵向轴线之间的角度。该角度在三维空间中被定义，其“缘向分量（edgewisecomponent）”占主导地位。由此，即使当使用刚度相对大的碳纤维增强塑料材料时，也有可以容易地形成尖端后掠。在本专利技术的又一优选实施例中，玻璃纤维增强塑料包括至少一个单向玻璃毡，和/或碳纤维增强塑料包括至少一个单向拉挤碳纤维元件。特别地，玻璃纤维增强塑料是单向玻璃毡，和/或碳纤维增强塑料是拉挤碳纤维元件。优选地，单向玻璃毡的单向玻璃纤维和/或拉挤碳纤维元件的单向碳纤维沿风力涡轮机叶片的纵向方向布置。在本专利技术的另外的优选实施例中，至少两个相邻的纵向支撑结构元件的长度彼此不同。优选地，包括碳纤维增强塑料的支撑结构的长度大于包括至少一种不同的纤维增强塑料的支撑结构的长度。由此，对于恒定的尖端偏转，减小了翼梁帽的整体质量。在本专利技术的又一优选实施例中，包括碳纤维增强塑料的支撑结构在距风力涡轮机叶片的尖端至少5m、优选地至少7m、且更优选地至少10m处终止。碳纤维增强塑料本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种风力涡轮机（1）的风力涡轮机叶片（10），所述风力涡轮机叶片（10）包括外壳（20）和具有至少一个翼梁帽（40）的翼梁（30），其特征在于，所述至少一个翼梁帽（40）中的至少一个包括至少两个纵向支撑结构元件（41），借以所述至少两个纵向支撑结构元件（41）中的至少两个沿所述风力涡轮机叶片（10）的纵向方向（L

【技术特征摘要】
20190321 EP 19164335.21.一种风力涡轮机（1）的风力涡轮机叶片（10），所述风力涡轮机叶片（10）包括外壳（20）和具有至少一个翼梁帽（40）的翼梁（30），其特征在于，所述至少一个翼梁帽（40）中的至少一个包括至少两个纵向支撑结构元件（41），借以所述至少两个纵向支撑结构元件（41）中的至少两个沿所述风力涡轮机叶片（10）的纵向方向（L10）布置成彼此相邻，并且至少一个纵向支撑结构（41）包括碳纤维增强塑料，且至少一个另外的纵向支撑结构（41）包括与碳纤维增强塑料不同的至少一种纤维增强塑料。


2.根据权利要求1所述的风力涡轮机叶片（10），
其特征在于
包括碳纤维增强塑料的至少一个纵向支撑结构（41）中的至少一个主要包括碳纤维增强塑料作为纤维增强塑料，并且包括与碳纤维增强塑料不同的至少一种纤维增强塑料的至少一个另外的纵向支撑结构（41）中的至少一个主要包括与碳纤维增强塑料不同的纤维增强塑料作为纤维增强塑料。


3.根据权利要求1或2所述的风力涡轮机叶片（10），
其特征在于
至少两个相邻的纵向支撑结构元件（41）借助于结构接头（42）彼此连接。


4.根据权利要求3所述的风力涡轮机叶片（10），
其特征在于
纵向支撑结构（41）被合并到相邻的纵向支撑结构（41）中以形成所述结构接头（42）。
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【专利技术属性】
技术研发人员：D吉罗拉莫，JJO克里斯滕森，
申请(专利权)人：西门子歌美飒可再生能源公司，
类型：发明
国别省市：丹麦;DK